上海东海大桥海上风电场的运维经验

（一）上海东海大桥海上风电场（一期工程）概况

上海东海大桥100MW海上风电示范项目是国家发展和改革委员会核准的我国第一个大型海上风电示范项目，也是欧洲以外第一个海上风电项目。东海大桥风电场位于东海大桥东侧1～4km、浦东新区岸线以南8～13km的上海市海域，平均水深10m，共安装34台华锐风电公司生产的单机容量3MW的离岸型风机，总装机容量102MW，项目总投资22.8亿元。

东海大桥风电场110kV变电站工程于2008年4月开始施工，2009年7月竣工。海上风机基础工程于2008年9月开始打桩，2009年9月首批三台风机并网发电，2010年6月第二批31台风机通过240h连续运行考核，并网发电投放商业运营。图52～图55为东海大桥风电场建成后的景观及施工吊装情景。

图52　上海东海大桥海上风电场整体壮观景象

图53　上海东海大桥海上风电场优美的景观

图54　上海东海大桥海上风电场施工吊装风机情景

图55　上海东海大桥海上风电场吊装完成的施工现场

（二）上海东海大桥海上风电场的运维经验

作为海上风力发电技术的重要环节，海上风电场的运行维护管理成为海上风电场建成以后直接影响风电场投资成本回收及利润最大化的关键，同时也面临着比陆上运维管理更大的困境。

上海东海大桥海上风电场天气和自然环境的特点是天气多变、自然环境恶劣，开展海上风电场运行维护工作同时要考虑风、浪、潮汐及海流等的作用和影响，相比陆上风电场其作业难度大，受制约因素更多。自2010年东海大桥海上风电场并网发电以来，通过运行情况统计分析，东海大桥风电场所处海域最快潮水流速达4节，最大潮差达5m，同时海域受天文大潮汛的影响极为突出，涨潮落潮时的涌浪较大，甚至能达到2～3级。而且上海每年都遭受太平洋热带气旋的袭击，涌浪达7级以上。另外，该海域寒潮的年平均次数为3.6次，最多可达5次。气旋、寒潮、季风的影响周期较长，一般为4天左右，甚至能达到7～10天。海域平均有雾日30～50天/年，最多为60天/年，最少为20天/年。“当发生大雾时能见度低于200m，进出洋山港海域的船只需全部停航，东海大桥各通航孔禁止通行。”

承担上海东海大桥海上风电场运行维护工作的是风机厂家华锐公司派出的一支由40余名年轻技术人员组成的现场运维技术团队。他们具有过硬的专业知识，丰富的现场经验，均经过运维工作的培训，有着献身海上风电运维事业的敬业精神，在上述那样恶劣的自然环境和天气多变的情况下，创造了丰富的运维经验。

1.取得了抗台风的经验

2012年8月5日，2012年第11号热带风暴“海葵”进入我国东海东部海面。据了解，此次台风中心位于浙江省象山县东偏南方大约640km的海面上，中心附近最大风力有10级（28m/s），中心最低气压为98kPa。

毫无疑问，“海葵”过境，是对海上风电这一新生事物的重大考验。

（1）风电机组产品设计过硬，设计生存风速大，抗台风能力强。

在东海大桥海上风电场建设前，上海勘测设计研究院的调研就对波浪、潮汛、船只经过引起的水流压力对风电机组的影响都做了充分考证。上海勘测设计研究院的一位专家介绍说，“如果台风来临，对陆上风电机和海上风电机的影响差别并不大”。

根据计算，上海近海70m高处年平均风速超过每秒8.1m，海上风电场中的风电机组只要风力在每秒3～25m之间，就可正常发电。为了保护叶片和发电设备，一旦风力超过9级、平均风速超过25m/s，或瞬时风速超过36m/s时，机组就会自动停机，进入自我保护状态。东海大桥项目所采用的华锐风电3MW海上风电机组，设计生存风速在60～70m/s之间，应对40m/s的台风略显轻松。

（2）运维团队提前做好安全预案，做了充分准备、确保了机组安全无恙。

8月8日凌晨，上海东海海面迎来台风“海葵”带来的最大风力时刻。当天，台风“海葵”以14级的风力登陆浙江，上海市部分沿海海面和洋山港区阵风达10～12级。东海大桥已于8月7日晚封闭，东海大桥海上风电场内的现场人员也早已全部撤回驻地。

东海大桥海上风电场对于“海葵”的到来做足了准备。

“中国海上风力资源的一大特性，就是长年台风肆虐，全世界罕有。而夏季台风是常事，对于抗台风，东海大桥海上风电场已经相当有经验了，不过由于此次‘海葵’强度勘称50年一遇，华锐风电东海大桥项目部也调高了应对级别，提前做好了安全预案，并对东海大桥项目进行24h监测、记录，全力确保安全运行”。

据华锐风电东海大桥项目监测数据显示，台风期间风场最大局部瞬时风速超过40m/s，7月29日至8月8日期间，东海大桥项目一期全部34台3MW海上风电机组平均可利用率达99%，二期的5MW样机利用率达99.5%，全部机组正常运行，在台风到达时全部安全切出，台风过后顺利恢复并网发电。

2.实现了运行维护模块化管理，确保了机组正常运行

（1）通过实践摸索找到了处理故障的规律，由措手不及到熟练准确消除故障。

刚开始海上工作内容，是从机组上找问题做起，对于故障或软件设置引起的各种停机曾措手不及，即使在出海之前脑子里也很难有一个清晰的头绪，刚开始，仅仅是一个小零部件的问题也足以让人狂抓。

例如，有些线路容易出现虚接情况。有时一个线路上的故障就足以让人产生很大的失败感。有时风电机组检修并非零部件有问题，而是线路虚接等引起的线路问题。一条回路上就有几十条甚至几百条线路，一整条回路的线都要逐一排查，特别麻烦。更郁闷的是，线路还时好时坏，让人无从下手。如果赶上大风天气或者有接待任务，就会特别尴尬。

不过，刚开始对问题的过度自信也会引起这样的尴尬。如有一次，中控室的监控数据显示线路开关出了故障，当时调试的人表示只要上去检查一下就可以了。结果维护人员登机后才发现备件是坏的，需要更换。可是，当时对故障判断太自信了，根本没有带需要用的备件，所以当天还没法更换，只能等到第二天。

这些看上去很小的问题往往造成较大的时间、人力、物力浪费，因为海上运维比陆上要麻烦很多，船出海一天只能一个来回，当天解决不了问题就得停机一夜，影响发电量。(www.xing528.com)

因此，现场的工作人员对各种问题只能靠自己不断摸索，与机组慢慢磨合。

对调试运行初期的各种问题，现场尽量从多和全的方面做准备，人员尽量配备得多，库房备品备件尽量准备得多，出海检查次数尽量安排得多。

（2）提高了机组检修维护速度。

由于受天气、交通等诸多因素的限制，实际留给机组运行管理的时间有限，每天检修维护时间不超过5个小时，时间虽短，但维修速度不断加快，确保了机组的运行效率，这是运维人员技能水平提高的结果。

（3）摸清每台机组脾性，逐台建立机组档案，努力实现一次性登机解决问题。

随着工作流程的不断熟练，了解每台机组的性能，运维人员给每台机组都建立了一个档案。这些档案的建立从每天对机组运行记录登记开始，每次出海，技术人员也会做各方面的统计，包括一些报告和业主的建议。有了逐渐完善的机组档案，现场人员在处理一些常见故障或维护机组时就游刃有余了。现在，中控室的工作人员会根据经验和数据判断问题的原因。

两年时间过去，从刚开始接触时容易出现的状况、运行的特点，到零部件检修的记录，档案里都记载了每台风电机组的成长细节，都及时汇总各类经验做到信息共享。工作量还是以前的工作量，但是大家都成长得很快，配合也更默契，每个人都很清楚每天该做什么，怎么做，多长时间可以做好。所以，出海频率很明显下降了，他们对业主的承诺是“争取一次性登机解决问题，不造成时间浪费”。

（4）完善了各种运行维护手册，实现了运行维护模块化管理，确保机组正常运行。

（5）建立了每台机组的数据库，全面跟踪机组的运行情况，备件更换情况，并且根据机组与风电场的故障特点，为整个风电场量身定制备件需求计划，同时选择风电场中的某台风机和维护船作双重临时备件库房储备，质保期内每台机组都存放一套常用工具，储备一定量的常用易损备件，如熔丝、继电器等，并对常用备品备件及常用工具做定期检查和查漏补缺。

3.通过对机组科学维护收到了降低维护成本的效果，确保了机组的发电量

（1）通过第一年科学维护机组故障率、维护成本、机组可利用率、备品备件库等方面起了变化。第二个整年，机组设备损坏引起的部件更换就非常少了，一年基本为1到2个，没有批次性的召回；现场人员的减少和机组故障的降低使现场的维护成本下降十分明显，截至2012年6月，相比第一年，第二年的维护成本下降了30%。而且，这个成本估计明年还会进一步下降。同时机组的可利用率上升了3%。另外，备品备件库存也不像以前堆得满满的，而是根据需求情况做了合理的优化。

作为发电商，业主最关心的是发电量。对风电机组的维护和检查工作都要尽量地安排在小风天气或无风天气，大风的时候则保证机组正常运转。如果遇到维护时期风况很好，则会把工作提前或者后延。

（2）依靠天气预报机动和合理安排机组的维护和检查。

由于挑剔的出海时间，这里的工作人员每天最先考虑的是天气预报，海上机组的维护很大程度上也依赖于及时的天气预测。每次在计划第二天的工作时，主要负责人都需要考虑至少3天甚至是7天的天气情况，包括当地发布的天气预报，当地海事部门、渔政部门的天气预报以及各种预警等。

夏天刮台风，冬天刮冷风，海上风况最好的时节当属一年的两次季节了。季风时节，基本不会安排维护工作，而每年3～5月的维护会比较多。不过他们和业主有约定，每台机组停机时间不能超过72h，超过就算故障。

4.从故障的发生规律和变化情况进行总结，提出优化整改措施

（1）从找故障，分析故障到解决故障转化到提出整改措施才能降低故障率。

这一整个过程还只是现场技术员工最基础的一些工作。对故障的根除，很多时候不是对机组的简单消缺和维护，更不是换掉几个部件就完事。从故障的发生规律、变化情况和种类等方面进行总结，提出对华锐3MW机组的参数等优化整改措施，才更有意义。由于刚开始对海上风电机组理论运行中各个部件的参数值设计得很严格，一旦机组在海上运行，一些早期考虑到的现实偏差或异常反而束缚了机组的正常运转，故障误报现象常有发生。

对并网转速的设定就是其中一个很突出的例子。在设计机组之初，华锐风电设计人员将并网的转速定得比较低，为800r/min，但是海上风速变化快，瞬间风速有时一下从20多米降到3m，从而造成停机，对此时变频器工作已经启动，达不到风速功率就会引起故障。对此，现场的技术人员会根据海风的这种情况对控制策略做一些调整，对并网的转速、风速扩率的时间进行改变并反馈给研发部门。对这种理论值设计上的偏差，通过后期软件上的优化，把经验值和计算值结合在一起，机组报故障率就明显下降很多。

（2）对控制系统软件的优化为预测隐患提出了新的研究课题。

升级和优化还涉及很多控制系统方面的软件。类似于油量分析中，会有专业的分析师根据油量分析报告来判断油量是不是在合理的范围内。这一软件也会对机组在运行中潜在的隐患做出趋势预测，对长期变化做一个研究。

（3）通过对华锐3MW机组维护的优化使5MW机组的设计得到优化改进，并给业主和设计单位提供了很多建议和优化方案。

作为我国第一批在海上运行的风电机组，这批3MW的风电机组对后来者显然是有着不可低估的意义。如今，同样是华锐风电安装在东海大桥西侧的5MW样机则不再是纯粹地摸着石头过河，大桥东侧34台3MW的示范机组不管是在风电设备还是在机组基础和靠舶上都给5MW机组的并网运行提供了较好的借鉴意义。

控制系统是机组的核心，根据现场人员的观察，有些部位还可以改进。起初3MW机组前期的运行过程中，出现过一些变桨故障和屏蔽上的问题。究其原因，3MW机组的机舱在前期设计得比较大，储能箱、变桨柜以及发电机等主要部件之间的距离较远，影响了传感器的屏蔽性，使其容易受到干扰。之后，在设计5MW风电机组的过程中，华锐方面就把这个问题考虑进去，进行了优化。

实际上，在5MW机组的设计中，还有很多核心的东西都是直接在3MW机组的运行实践上改进的。

在机组的基础和靠舶方面，现场的人员也给业主和设计单位提供了很多建议和优化方案。譬如，机组的承台包括栏杆的改进，尤其是承台的设计，5MW机组从船上往机组上过渡的梯子就和3MW的不一样。除此外，通信线和动力电缆线的分离也是后来做的一种改进。